發(fā)布時間：2017-08-09 06:30

  本文關(guān)鍵詞：帶纏繞層表面損傷的CNG-2型復(fù)合氣瓶的分析

  更多相關(guān)文章： CNG-2型復(fù)合氣瓶 表面損傷 實驗驗證 有限元分析

【摘要】：CNG-2型復(fù)合氣瓶在社會的日常生產(chǎn)和生活中有著重要的應(yīng)用,CNG-2型復(fù)合氣瓶的生產(chǎn)和使用過程,會不可避免的產(chǎn)生纏繞層外表面的損傷,影響氣瓶的使用壽命和安全性,因此需通過科學(xué)計算和試驗驗證來分析表面損傷對于復(fù)合氣瓶的性能影響。本文按照此目標(biāo)對帶損傷的復(fù)合氣瓶進行了有限元及實驗分析,主要工作和結(jié)論如下： (1)分別將復(fù)合材料纏繞層表面的劃傷和磨損簡化為矩形槽型損傷模型和橢圓凹坑型損傷模型,對具有兩種表面損傷類型的復(fù)合材料氣瓶進行水壓爆破試驗,分別得出帶有2mm深表面損傷的復(fù)合氣瓶的爆破壓力,通過與相同尺寸的完好氣瓶的比較,得出兩種損傷模型使得氣瓶整體的爆破壓力分別降低6.13～11.13MPa和7～12MPa的結(jié)論。 (2)利用有限元軟件ANSYS分別建立帶有矩形槽型和橢圓凹坑型表面損傷的復(fù)合氣瓶模型,按照最大應(yīng)變理論求解帶損傷復(fù)合氣瓶的爆破壓力,將所求結(jié)果與實驗結(jié)果相對比,得出兩種模型的計算誤差分別為4.9%和0.46%,說明有限元計算的正確性。在此基礎(chǔ)上得出了帶損傷復(fù)合氣瓶爆破壓力隨著損傷深度的變化趨勢。 (3)對帶有矩形槽和橢圓凹坑損傷模型的復(fù)合氣瓶進行有限元分析,得出表面損傷對于內(nèi)襯應(yīng)力的影響為：使得內(nèi)襯外表面相對于損傷部位的應(yīng)力增大,內(nèi)表面相對于損傷部位的應(yīng)力減小。運用相同的分析方法分別得出了兩種損傷下復(fù)合氣瓶內(nèi)襯的Mises應(yīng)力最大值隨缺陷深度的變化曲線,以及復(fù)合氣瓶纏繞層的環(huán)向應(yīng)力最大值隨缺陷深度的變化曲線,即損傷尺寸變化對于復(fù)合氣瓶纏繞層和內(nèi)襯的應(yīng)力影響趨勢。 (4)通過借鑒GB24160-2009中的規(guī)定：復(fù)合氣瓶的水壓爆破壓力不應(yīng)當(dāng)?shù)陀?5%的最小設(shè)計爆破壓力,得出帶矩形槽型損傷和橢圓凹坑損傷的復(fù)合氣瓶的損傷極限尺寸都為2mm；按照J(rèn)B4732附錄C對兩種帶損氣瓶進行疲勞分析,得出帶矩形槽型損傷的復(fù)合氣瓶的剩余循環(huán)次數(shù)為16498次。帶橢圓凹坑型損傷的復(fù)合氣瓶的剩余循環(huán)次數(shù)為14973次。 (5)利用有限元軟件ANSYS分別建立了復(fù)合材料層上的穿透裂紋、矩形裂紋、橢圓形裂紋,選用橢圓形裂紋為計算用裂紋模型,并對帶有一定尺寸的橢圓形裂紋的復(fù)合材料氣瓶進行有限元計算,得出帶裂紋損傷的復(fù)合氣瓶的爆破壓力減小的原因是纏繞層應(yīng)力最大點的應(yīng)力超出了復(fù)合材料抗拉強度保證值而導(dǎo)致的。通過對完好氣瓶進行有限元計算,得出了復(fù)合氣瓶在受載時內(nèi)襯和纏繞層的應(yīng)力變化趨勢及關(guān)系。
【關(guān)鍵詞】：CNG-2型復(fù)合氣瓶 表面損傷 實驗驗證 有限元分析
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TH49
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 引言10-11
• 1 緒論11-18
• 1.1 復(fù)合材料及復(fù)合氣瓶的發(fā)展現(xiàn)狀11-14
• 1.1.1 復(fù)合材料的發(fā)展現(xiàn)狀11
• 1.1.2 復(fù)合材料氣瓶的發(fā)展和研究現(xiàn)狀11-12
• 1.1.3 復(fù)合氣瓶的分類、結(jié)構(gòu)和材料12-14
• 1.2 復(fù)合氣瓶表面損傷的研究14-16
• 1.2.1 復(fù)合材料損傷的概述14
• 1.2.2 復(fù)合材料損傷容限設(shè)計思想14-15
• 1.2.3 復(fù)合材料損傷的研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3 本文的研究目的和內(nèi)容16-18
• 1.3.1 研究目的16-17
• 1.3.2 研究內(nèi)容17-18
• 2 帶損傷復(fù)合材料氣瓶的結(jié)構(gòu)力學(xué)分析18-28
• 2.1 復(fù)合材料氣瓶的失效方式18-19
• 2.2 復(fù)合材料強度理論19-24
• 2.2.1 單向復(fù)合材料強度理論19-23
• 2.2.2 層合板的強度分析23-24
• 2.3 含缺口的層合板的剩余強度分析24-27
• 2.3.1 W-E-K模型25
• 2.3.2 W-N模型25-27
• 2.4 本章小結(jié)27-28
• 3 帶表面損傷的復(fù)合氣瓶的分析28-71
• 3.1 有限元軟件ANSYS的介紹及表面損傷的模型簡化28-29
• 3.1.1 有限元軟件ANSYS的介紹28
• 3.1.2 表面損傷的模型簡化28-29
• 3.2 帶表面損傷復(fù)合材料氣瓶有限元建模的設(shè)置29-34
• 3.2.1 計算用復(fù)合氣瓶的結(jié)構(gòu)及參數(shù)29-30
• 3.2.2 單元選擇30-32
• 3.2.3 材料參數(shù)的設(shè)置32-33
• 3.2.4 復(fù)合材料建模的處理33-34
• 3.3 完好復(fù)合氣瓶的有限元分析34-39
• 3.3.1 截面法建立纏繞層35-37
• 3.3.2 實體法建模37-38
• 3.3.3 兩種建模方法的比較38-39
• 3.4 矩形槽缺陷模型的分析39-57
• 3.4.1 試驗方法求爆破壓力40-45
• 3.4.2 有限元方法計算爆破壓力45-48
• 3.4.3 矩形槽型缺陷模型的應(yīng)力分析48-55
• 3.4.4 損傷極限尺寸的確定55-56
• 3.4.5 極限損傷尺寸下氣瓶的疲勞壽命分析56-57
• 3.5 橢圓凹坑缺陷模型的分析57-69
• 3.5.1 試驗方法求爆破壓力57-60
• 3.5.2 有限元方法計算爆破壓力60-62
• 3.5.3 橢圓凹坑型缺陷模型的應(yīng)力分析62-68
• 3.5.4 損傷極限尺寸的確定68
• 3.5.5 極限損傷尺寸下氣瓶的疲勞壽命分析68-69
• 3.6 本章小結(jié)69-71
• 4 復(fù)合材料表面裂紋的有限元分析71-85
• 4.1 復(fù)合材料表面裂紋的建模71-79
• 4.1.1 復(fù)合材料表面裂紋及其建模的介紹71-72
• 4.1.2 復(fù)合材料上穿透裂紋的模型建立72-74
• 4.1.3 復(fù)合材料矩形裂紋的模型建立74-75
• 4.1.4 復(fù)合材料橢圓形裂紋的模型建立75-79
• 4.2 橢圓形裂紋模型的計算分析79-84
• 4.2.1 橢圓形裂紋模型的計算分析79-82
• 4.2.2 復(fù)合氣瓶受載過程的分析82-84
• 4.3 本章小結(jié)84-85
• 5 結(jié)論和展望85-88
• 5.1 本文的主要結(jié)論85-86
• 5.2 展望86-88
• 參考文獻(xiàn)88-91
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況91-92
• 致謝92-93

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：643920